4학년 ‘지층과 화석’ 단원 지도와 교재 연구

정  철·이지숙 (대구대학교 환경교육과)

Ⅰ. 머리말

초등학교 과학교육과정에서 지층과 화석 단원의 학습은 지구의 역사에 대한 자료를 수집하고, 결과의 해석을 위해 시각(sight)의 사용에 크게 의존한다. 암석을 구별하거나 화석을 관찰하고, 야외에서 지층의 특징을 인식하거나 서로 다른 지층의 선후 관계를 확인하는 것은 기본적으로 시각 활동들이다. 시각적 제한을 갖는 학생들에게는 이러한 활동들이 학습에 흥미를 잃게 할 수 있으며, 더욱이 정안 학생들과 동일한 교수학습방법이나 교구를 활용해서는 학습이 추구하는 목표를 달성하기에는 어려움이 있다. 이에 따라 ‘지층과 화석’ 단원의 학습에서는 시각적 제한점을 최소화하고, 관찰 중심의 과학적 탐구를 촉진할 수 있는 수업 전략의 활용 방안을 소개하고자 한다.

Ⅱ. 이론적 배경

1. ‘지층과 화석’ 단원의 특징

특수학교 기본교육과정 중 지구 영역 Ι단계의 ‘돌, 흙, 물’에서는 오감각을 활용한 직접적 경험(관찰)에 기초하여 돌, 흙, 물의 특징과 비교를 강조한 반면, 국민공통기본교육과정의 4학년 ‘지층과 화석’ 단원에서는 지층의 특성과 지층의 형성 과정, 퇴적암 관찰과 화석의 생성 과정을 과학적 관찰을 포함한 조작적 경험(hands-on experience)을 기초로 한 탐구 활동 중심으로 다룰 것을 강조하고 있다. 즉, 이 단원에서는 가급적 표본이나 실물의 관찰, 다양한 시청각 자료 활용, 모형, 실험 활동과 야외 답사 및 관찰 활동 등을 통해 직접 체험하는 가운데 학습이 이루어지도록 권장하고 있다.

이 단원에서 학습한 내용은 7학년 ‘지각의 물질과 변화’ 단원에서 다루는 퇴적암의 생성 과정 이해와 대표적인 암석을 구별하기 위한 기초가 되며, 나아가 10학년의 ‘지구계’ 단원에서의 화석을 이용한 지구 환경과 생물을 연구하는 방법과도 연계된다.

‘지층과 화석’ 단원에 관한 내용 전개는 다음과 같다.

⑴ 지층과 화석

㈎ 지층의 형성 과정을 이해하고, 이로부터 지층이 쌓이는 순서를 추리할 수 있다.

㈏ 지층의 특성과 다양성을 안다.

㈐ 퇴적암의 생성 과정을 이해하고, 그 특징에 따라 구분할 수 있다.

㈑ 화석의 생성 과정을 이해하고, 화석의 이용 사례를 열거할 수 있다.

[탐구 활동]

㈎ 지층이 쌓이는 순서 실험하기

㈏ 퇴적암 관찰하기

㈐ 화석 모형 만들기

이 단원의 중심 내용은 퇴적물이 쌓여 다양한 형태의 지층이 만들어지며, 퇴적물이 굳어져 형성되는 퇴적암의 특징과 지층 속에 포함된 화석의 생성 과정 및 이용 가치를 인식시키는 데 있다. 이 단원의 학습에서는 선행 학습으로 기본교육과정 단계 Ι에서 학습한 자갈, 모래, 진흙의 관찰을 통해 지표면은 여러 물질이 물의 흐름을 통해 쌓여 있음을 이해하도록 한다.

이를 통해 지층은 지표의 물질이 침식되어 낮은 곳으로 운반되어 쌓이고, 그 위에 다시 새로운 물질이 계속해서 쌓여 형성된 것임을 추리하게 하고, 지층의 특성과 다양성에서는 자갈, 모래, 진흙 등으로 구성된 실제 지층의 단면을 제작하여 제시하고, 이를 관찰하게 함으로써 교실에서도 직접적인 관찰 교육이 가능하도록 한다. 퇴적암 및 화석 표본 관찰에서도 규격화된 표본을 지양하고 가능한 다양한 형태의 표본을 제시하여 암석과 화석에 대한 오개념을 갖지 않도록 유의하며, 화석에 대한 학습에서는 화석이 우리 생활에 주는 가치를 연계하여 지도하도록 한다.

제 7차 개정교육과정 초등학교 교육과정 해설(교육과학기술부, 2008)에서 ‘지층과 화석’ 지도의 유의점을 살펴보면, 지층의 생성 환경이나 조건은 다루지 않으며, 퇴적암과 화석은 각각 대표적인 종류 몇 가지만 다루도록 하고, 종 류나 명칭을 단순히 암기하는 학습 형태를 지양하도록 하고 있다.

2. 지층과 화석

‘지층과 화석’ 단원의 수업은 지층의 형성 과정과 화석에 대한 개념 형성 및 실생활에서의 적용을 확인시키고자 한다. 이 수업에서는 주어진 지층과 암석, 화석에 대한 탐색 활동을 통하여 개념을 인식하게 하고, 교사와 학생, 학생과 학생간의 토론을 통하여 새로운 개념의 의미를 명확히 하고, 화석의 가치를 실생활에 적용해 봄으로써 개념을 보다 명확히 하도록 한다. ‘지층’ 영역에서는 실제 지층의 관찰을 통해 지층의 특성을 관찰하게 하고, 지층이 쌓이는 과정을 실험으로 확인할 수 있도록 한다. 퇴적암 관찰에서는 우리 주변 환경에서 볼 수 있는 역암, 사암, 이암 등의 암석 관찰을 통해 암석의 특징과 형성 과정을 이해할 수 있도록 한다. ‘화석’ 영역에서는 표준 화석의 관찰과 화석 모형 만들기를 통해 퇴적 지층의 형성과 화석의 생성을 종합적으로 인식하게 하고, 화석의 이용에 대해 이해할 수 있도록 한다.

3. 수업 모형

과학적 탐구는 자연에서 일어나는 사건과 현상, 그리고 사물들 사이의 관계를 밝히고 설명할 목적으로 수행되는 체계적 조사와 활동을 의미한다. 과학적 탐구 중에서, 특히 지구에 관한 탐구는 과거에 발생하였던 흔적을 찾고 이를 밝혀내는 역사적 과학이라 할 수 있다. 즉, 지구 영역의 탐구는 실험 보다는 관찰에 의한 추론으로부터 과학적 사고를 이끌어내는 ‘관찰 과학(observational sciences)’으로, 관찰, 가설, 결론의 단계를 거친다(Ault, 1998). 따라서 지구 영역의 수업에서는 가능한 학생들이 직접 관찰하고, 경험할 수 있는 구체적인 자료(암석, 토양, 화석, 지층 등)의 제공이 필수적이다.

이 단원의 수업은 순환 학습 모형에 기초하고 있으나, 가능한 관찰, 가설, 결론에 이르는 안내된 탐구 방법을 적용하고자 하였다.

Ⅲ. 단원지도를 위한 과학탐구상자

1. 차시별 과학탐구상자 개요

차시	활동 주제	수업 목표	탐구 활동
1	지층은 어떤 순서로 쌓일까?	•자갈, 모래, 진흙의 특징을 구별할 수 있다. •지층이 쌓인 순서를 추리할 수 있다.	-자갈, 모래, 진흙 관찰하고, 비교하기 -물건 쌓기 활동으로 지층이 쌓인 순서 추리하기
2	지층은 어떻게 만들어질까?	•지층 모형 만들기를 통해 지층 형성 과정을 이해할 수 있다. •여러 지층을 관찰하고, 지층이 만들어지는 과정을 설명할 수 있다.	-지층 모형 만들기 -지층의 형성 실험하기 -지층 모형 관찰하기
3	지층을 이루고 있는 암석 관찰	•퇴적물과 퇴적암을 이해할 수 있다. •퇴적암(이암, 사암, 역암)의 특징을 관찰할 수 있다.	-퇴적암 표본 관찰하기 -퇴적암 표본 비교하기
4	여러 가지 화석을 관찰해보자	•화석 표본을 관찰하고, 화석의 특징을 말할 수 있다. •화석과 화석이 아닌 것으로 분류할 수 있다.	-화석 표본 관찰하기 -화석 분류하기
5	화석 모형을 만들어보자	•화석 모형 만들기를 통해 화석이 만들어지는 과정을 이해할 수 있다.	-화석 모형 만들기
6	화석 발굴과 화석의 이용	•화석 발굴을 체험하고, 화석의 가치를 이해할 수 있다.	-화석 발굴 체험하기 -화석 이용 사례 이해

2. 교구 목록

연번	교구명	세부 사항	관련 차시
1	지층이 쌓이는 순서	자갈, 모래, 진흙 표본이 각각 담긴 플라스틱 상자, 확대경, 쌓기 재료(책, 동전, 신문 등)	1
2	지층이 만들어지는 과정	샌드위치 만들기 재료(식빵, 마요네즈, 캐쳡), 모래, 자갈, 페트병, 물풀, 비닐장갑, 지층 모형 3개(모래층, 진흙층, 혼합층이 담긴 플라스틱 상자)	1, 2
3	지층을 이루고 있는 암석 관찰	확대경, 자갈, 모래, 진흙, 퇴적암 표본(역암, 사암, 이암)	1, 2, 3
4	화석 관찰	화석 표본(삼엽충, 암모나이트, 상어이빨, 조개), 확대경, 나뭇잎, 솔방울, 나무열매, 조개껍데기	4, 5
5	화석 모형 만들기	화석 모형틀(암모나이트, 삼엽충, 공룡 발가락), 찰흙, 신문지, 조개껍데기, 솔방울	4, 5
6	화석 발굴과 화석의 이용	화석 발굴 모형, 화석 발굴 재료(매직샌드, 화석 표본, 붓, 플라스틱 주걱), 공룡 뼈 모형, 석탄 표본, 확대경	4, 5, 6

Ⅳ. 적용

1. 지도안 예시(1)

주제		지층을 이루고 있는 암석 관찰하기		차시	3/6
학습 목표		지층을 이루고 있는 암석을 관찰하여 특징을 말할 수 있다. 퇴적암을 분류하는 기준을 세울 수 있다.
학습관련요소		수업모형		학습자료
		순환학습		확대경, 자갈, 모래, 진흙, 퇴적암 표본(역암, 사암, 이암)
학습단계	학습요항		교수․학습 활동		자료 및 유의점
탐색	흥미유발 (관찰)		•암석 표본을 관찰하고, 자갈, 모래, 진흙과의 차이점을 생각해 본다. (관찰)		∙자갈, 모래, 진흙, 퇴적암 표본 ∙암석 표본은 다양한 크기와 형태의 표본을 준비한다.
개념 도입	개념 설명 (가설)		•암석 표본은 어떻게 만들어졌는지 생각해 본다. (가설) •퇴적물과 퇴적암에 대해서 시청각자료를 통해 알아본다. -퇴적물: 진흙, 모래, 자갈과 같은 알갱이들이 쌓여 있는 것 -퇴적암: 쌓여 있던 퇴적물이 단단하게 굳어서 만들어진 암석		·시청각자료(자갈, 모래, 진흙이 쌓여 굳어져 역암, 사암, 이암으로 되는 과정에 대한 설명)
개념 응용	개념 적용 (결론)		•이암, 사암, 역암을 관찰하여 분류 기준을 세우고, 발표한다. •분류 기준에 따라 주어진 암석을 분류해 본다.		∙퇴적암 표본(이암, 사암, 역암), 확대경 ∙표본은 모나지 않은 것으로 준비한다.

2. 지도안 예시(2)

주제		화석 발굴과 화석의 이용		차시	6/6
학습 목표		화석 발굴 모형 관찰과 체험으로 화석 발굴 과정과 화석의 이용 사례를 이해할 수 있다.
학습관련요소		수업모형		학습자료
		순환학습		화석 발굴 모형, 화석 발굴 재료(매직샌드, 화석 표본, 붓, 플라스틱 주걱), 공룡 뼈 모형, 석탄 표본, 확대경
학습단계	학습요항		교수․학습 활동		자료 및 유의점
탐색	흥미유발 (관찰)		•암석 속의 화석을 관찰한다. (관찰) -화석으로 무엇을 알 수 있을까? -화석은 어디에서 찾을 수 있을까?		·암석 속에 포함된 화석 표본을 제시한다.
개념 도입	개념 설명 (가설)		•화석이 발굴되는 과정에 대해 알아본다. (가설) •공룡뼈 화석에 관심을 갖는 이유는 무엇일까?		·시청각자료(화석이 발굴되어 전시되기까지의 과정에 대한 설명)
개념 응용	개념 적용 (결론)		•화석을 직접 발굴해 보고, 화석을 연구하는 이유를 생각해 본다. •화석이 우리 생활에 이용되는 사례를 석탄, 석유와 관련지어 생각해 본다. (결론)		·화석 발굴 세트 ·화석 발굴 재료 (매직샌드/화석표본/붓/플라스틱주걱)

토론/연구과제

1. 지층과 화석은 시·공간적으로 학생들이 이해하기 어려운 개념으로, 야외에서의 직접적인 관찰을 통해서도 지층이 형성되는 데 오랜 시간이 걸린다는 사실을 납득시키기 어렵다. 시각장애를 가진 학생에게나 정안 학생에게 이러한 개념을 가르치려면 어떻게 지도해야 할까?

2. 지구 영역의 수업에서 다루는 대부분의 개념들은 직접적인 관찰을 통한 경험이 가장 중요한 탐구 방법이라 할 수 있다. 지층과 화석에 대한 수업에서 시각장애 학생과 정안 학생 사이의 관찰 탐구 방식에는 어떤 차이가 있을까?

참고문헌과 전산정보

교육과학기술부(2008). 초등학교 교육과정 해설(Ⅳ) -수학, 과학, 실과-.

교육과학기술부(2008). 특수학교 교육과정 해설(Ⅱ) 기본교육과정.

교육과학기술부(2008). 특수학교 교육과정 해설(Ⅲ) 국민공통기본교육과정.

교육인적자원부(2007). 중학교 교육과정. 교육인적자원부 고시 제2007-79호.

지층과 화석 교육용 웹사이트 http://cont121.edunet4u.net/chanban

Ault, C. R. (1998). Criteria of excellence for geological inquiry: The necessity of ambiguity. Journal of Research in Science Teaching, 35, 189-212.